metod_uk_3sem / Электричество(21-27) PDF / МЕТ. 21

Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет

21

Расширение пределов измерения амперметра

Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучени я

Ухта

2007

3

УДК 53(075) С 25

ББК 22.3 Я7

Северова Н.А. Расширение пределов измерения амперметра [Текст]: метод. указания/. Н.А. Северова, И.К. Серов. - Ухта: УГТУ, 2007. - 9 с., ил.

Методические указания предназна чены для выполнения лабораторной работы по физике по теме «Электричество» для студентов специальностей 290700, 290300 и направл ению 550100.

Содержание методических указаний соответствует рабочей учебной пр ограмме.

Методические указания рассмотрены и одо брены кафедрой физики от 19.02.07., пр.№ 5.

Рецензент: Богданов Н.П., доцент кафедры физики Ухтинского государственного технического университета.

Редактор: Шамбулина В.Н., старший преподаватель кафедры физики Ухтинского государственного технического университета.

В методических указаниях учтены предложения рецензента и редакт ора.

План 2007 г., позиция 44.

Подписано в печать 04.06.07. Компьютерный набор Рамкова А., гр. ИСТ-05.. Объем 9 с. Тираж 60 экз. Заказ №211.

Ухтинский государственный технический университет, 2007 169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.

Отдел оперативной полиграфии УГТУ. 169300, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13

4

РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЕ РМЕТРА

Приборы и принадлежности: исследуемый миллиамперметр (0 -15 мА), контрольный миллиамперметр (0-100 мА), два магазина сопротивлений, два ключа, и с- точник постоянного тока (3-5 В).

Цель работы: рассчитать сопротивление шунтов, расширяющих предел изм е- рения данного миллиамперметра в заданное число раз и произвести проверку пр а- вильности расчёта шунтов сравнением показаний контрольного и исследуемого миллиамперметра с подключением вычисленными шунтами.

Краткая теория

Амперметрами называются приборы, служащие для измерения величины тока. При измерениях тока амперметр включают в цепь последовательно, и весь измеря е- мый ток проходит через прибор, поэтому амперметры должны иметь малое сопр о- тивление, чтобы не оказать заметного влияния на сопротивление ц епи.

Каждый амперметр рассчитан на измерение токов определённой величины. Ма к- симальное значение тока, который можно измерить данным прибором, называется верхним пределом измерений. В зависимости от величины измеряе мого тока амперметры делятся на амперметры (А), миллиамперметры (мА), микроамперметры (мкА).

Амперметры магнитоэлектрической системы имеют катушку (рамку) из тонкой проволоки, которая может вращаться между полюсами постоянного магнита. При пропускании тока через катушку она стремится установиться по полю под действ и- ем вращающего момента М вр, величина которого пропорциональна току. Повороту катушки препятствует специальная пружина, упругий момент которой М упр пропорционален углу закручивания. При равновес ии эти моменты равны М вр = М упр , а ток пропорционален углу поворота рамки, шкала таких приборов равномерная.

Для расширения пределов измерения а м- перметра, то есть для измерения токов больших того, на которые рассчитан данный прибор, применяют шунт – проводник определённого сопротивления, подключаемый параллельно к амперметру, как показано на рис.1.

При подключении шунта ток I, текущий в цепи разветвляется на два тока – ток амперметра IA и ток шунта IШ .

5

При этом по первому закону Кирхгофа

Подбором сопротивления шунта можно изготовить амперметр, пригодный для измерения требуемых токов.

Вывод формулы сопротивления шунта

для расширения предела измерений амперметра в N раз

Пусть требуется изготовить амперметр с пределом измерений в N раз большим, чем предел измерений данного амперме тра, т.е.

Рассмотрим электрическую цепь, представленную на рис.1. Напряжение между точками В и С :

Из (1) и (2) следует, что I Ш I I А NI А I А I А (N 1) откуда

I Ш N 1

I A

Таким образом подставляя отношение токов в выражение (4) получим окончательную формулу для вычисления сопротивления шунта, расширяющего предел и з- мерений амперметра в N раз:

Так как сопротивление амперметра чаще всего заранее не известно, то его опр е- деляют из опыта.

6

Определение сопротивления амперметра с помощью шунта с известным сопр отивлением

Величину сопротивления амперметра можно определить из опыта. Рассмотрим электрическую цепь, изображённую на рис.2.

Здесь А – исследуемый амперметр,

R – магазин сопротивления,

Ш– шунт с известным сопротивлением,

- источник постоянного тока,

К1 и К2 – ключи.

Замкнём ключ К1. При разомкнутом ключе К2 по цепи течёт ток I1, измеряемый амперметром. Пусть сопротивление магазина в этом случае равно R1.

При замыкании ключа К2 ток разветвляется и часть тока пойдёт по шунту, а ток через амперметр уменьшится. Уменьшим сопротивление магазина да значения R2 при котором по амперметру пойдёт пре жний ток I1.

Подставляя отношение токов из (9), получим окончательную формулу для в ы- числения сопротивления амперметра:

Таким образом, для расширения пределов измерения данного амперметра в о п- ределенное число раз, необходимо:

7

1.Определить сопротивление ампермет ра опытным путём.

2.Вычислить сопротивление шунта, расширяющего предел измерения ампе р- метра в заданное число раз, и подключить его к данному амперметру.

3.Произвести сравнение показаний зашунтированного амперметра с показани я- ми контрольного амперметра. При этом показания зашунтированного амперметра необходимо умножать на N.

Для сравнения показаний приборов используется электрическая цепь, собра н-

ная по схеме рис.3, где АИ – исследуемый амперметр, АК – контрольный амперметр, Ш – вычисленный шунт.

Ключ К2 на схеме замкнут, т.к. даже кратковременное отключение шунта может вывести амперметр из строя.

Цель работы:

Расширить предел измерений данного а м- перметра в заданное преподавателем число раз (2,5,10,20) и произвести проверку пр а- вильности показаний зашунтированного амперметра сравнением его показаний с показ а- ниями контрольного амперметра. Оценить расхождение показаний.

Выполнение работы

1.Ознакомьтесь электрической цепью, собранной по схеме рис.2.

2.Установите на магазине МШ сопротивление 20-50 Ом (по указанию преподавателя), а на магазине МR сопротивление 1550 Ом.

3.После проверки цепи преподавателем или лаборантом замкните ключ К1 и убедитесь в нормальной работе цепи. (Ключ К2 разомкнут).

4.Плавно изменяя сопротивление магазина МR подберите такое сопротивление, при котором стрелка миллиамперметра установится на делении указа н- ном преподавателем (например, 2 мА). Ток через миллиамперметр и сопр о- тивление магазина R1 запишите в таблицу 1.

5.Уменьшая сопротивление магазина МR переместите стрелку миллиамперметра на следующие деление шкалы (например, 4 мА и 6мА). Соответс т- вующие показания магазина запишите в таблицу.

6.Замкните ключ К2 , при этом к миллиамперметру будет подключен магазин МШ с установленным на нём шунтом.

Изменяя сопротивление магазина МR установите стрелку миллиамперметра последовательно на те же деления, что и в предыдущей серии опытов. С о- ответствующие сопротивления R2 запишите в таблицу.

8

7.По результатам измерений произведите вычисление сопротивления милл и- амперметра по формуле (12).

8.По формуле (5) произведите вычисление сопротивлений шунтов, увелич и- вающих предел измерений миллиамперметра в указанное число раз. Кра т- ность N и вычисленные сопротивления шунтов запишите в таблицу 2.

9.Соберите электрическую цепь по схеме рис.3. Установите на магазине МШ сопротивление первого шунта.

10.Замкните электрическую цепь и изменением сопротивления магазина МR установите стрелку исследуемого миллиамперметра на произвольное дел е- ние шкалы. Запишите показания исследуемого и контрольного приборов. Разомкните цепь.

11.Повторите опыт для других значений N.

12.Оцените точность выполнения работы по формуле:

где IИ и IК – ток в исследуемом и контрольном миллиамперметрах

Таблица 1

1

2

3

RA

Таблица 2

1

2

Контрольные вопросы

1.Что называется силой тока? Плотнос тью тока?

2.Каково должно быть сопротивление прибора, измеряющего силу тока? Н а- пряжение?

3.Проанализируйте обобщённый закон Ома. Какие частные законы можно из него получить?

4.Сформулируйте правила Кирхгофа. На каких законах они основаны?

5.Что такое шунт и для чего он применяется?

6.Как можно расширить предел измерений вольтметра?

9

Индивидуальные задания

а) Оцените величину сопротивления зашунтированного миллиамперметра для каждого шунта.

б) Вывести формулу для расчёта сопротивления шунта, расширяющего предел измерений амперметра в N раз.

в) Вывести формулу для расчёта добавочного сопротивления, расширяющего предел измерений вольтметра в N раз.

г) Внутреннее сопротивление гальванометра 680 Ом. Как и какое сопротивление нужно подключить к нему, чтобы можно было измерить ток силой 2,5 А? Шкала гальванометра рассчитана на 300 мкА.

д) Внутреннее сопротивление гальванометра 720 Ом, шкала его рассчитана на 300 мкА. Как и какое добавочное сопротивление нужно подключить, чтобы можно было измерить им напряжение, равное 300В?

е) Имеются два разных амперметра. Отклонение стрелки в каждом амперметре пропорционально силе тока, а шкалы имеют равномерные деления. Сначала ампе р-

метры включаются в цепь с R1 и Rx последовательно (рис.1.), а затем параллельно (рис.2.) Определить неизвестное сопротивление RX, если в первом случае отклонения стрелок в амперметрах равны n1 и n2, во втором случае m1 и m2.

Библиографический список

1.Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т.2. -М.: Наука.,1972 (Приложение 2)

2.Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа. 1998 г. (гл. 12, § 100, 101)

10